This thesis reports the first UV photolithography process on a silk fibroin film using aluminum hard mask. Previously utilized processes on silk fibroin were only applicable on devices with single-layered structure limiting functional versatility because of difficulties on patterning of the substrate and metals with microscale alignment. Thus, fabrication of highly dense electronic components using silk fibroin has been frustrated. In this work, several challenges on previous utilization of UV photolithography have been resolved by introducing aluminum hard mask layer, and developed a set of process for applying UV photolithography on silk fibroin substrates. In turn, verification of process compatibility with silk fibroin was followed. Microscale RC circuits were able to be fabricated on silk fibroin substrate by using the developed process. In addition, highly dense silk-fibroin-based memristors were fabricated. This is the first demonstration of wafer-level fabrication of silk-fibroin-based memristors, and the density of the memory cells has been increased for 100 times from the previously reported one. All of the fabricated silk-fibroin-based devices showed biodegradability in enzymatic solution.
본 논문은 알루미늄 하드마스크를 사용하여 실크 피브로인 박막에 처음으로 UV 포토리소그래피를 적용하였다. 기존에 실크 피브로인에 응용되던 공정들은 마이크로미터 단위로 기판과 금속의 여러 층의 패턴 구현이 어려워 기능적으로 다양하지 못한 단일 구조의 소자만 구현이 가능하였다. 이에 실크 피브로인으로 높은 밀도의 전자 소자를 구현하는 데에는 어려움이 있었다. 본 연구에서는 알루미늄 하드마스크를 도입함으로써 UV 포토리소그래피를 적용하는 데에 있던 기존의 문제점들을 해결했고, 실크 피브로인 기판에 UV 포토리소그래피를 적용하는 방법을 개발하였다. 또한 개발된 공정의 실크 피브로인과의 호환성이 검증되었다. 개발된 공정을 사용하여 마이크로미터 크기의 실크 피브로인 기반 RC 회로를 구현할 수 있었다. 또한 높은 밀도의 실크 피브로인 기반 멤리스터 또한 구현할 수 있었다. 이는 실크 피브로인 기반의 멤리스터를 대면적 공정으로 제작한 최초의 사례이며, 기존의 소자에 비교하여 메모리 셀의 밀도가 100배 가량 증가하였다. 제작된 모든 실크 피브로인 기반의 소자는 효소 용액에서 생분해성을 보였다.
